Реконфігурована метаповерхня керує некогерентним світлом менш ніж за пікосекунду

Спираючись на останні досягнення в метаповерхнях і нанофотоніці, дослідники в США розробили нове джерело світла, яке може спрямовувати пучки некогерентного світла протягом ультракороткого періоду часу. Розроблено Ігаль Бренер і колеги з національних лабораторій Сандіа в Нью-Мексико, джерело має реконфігуровану метаповерхню, вбудовану в квантові точки. З подальшим розвитком концепція може бути використана для вдосконалення дисплеїв віртуальної реальності, датчиків для автономних транспортних засобів і систем освітлення.

Оптична метаповерхня складається з малюнків, кожен з яких взаємодіє зі світлом. Оптичні властивості метаповерхні виникають внаслідок спільного ефекту цих компонентів, і метаповерхні можна використовувати для створення корисних оптичних компонентів, таких як плоскі лінзи. Реконфігуровані метаповерхні мають оптичні властивості, які можна змінювати контрольованими способами, відкриваючи ще більше можливих застосувань.

Нещодавно дослідники створили реконфігуровані метаповерхні, які можуть направляти лазерне світло в певних напрямках. Це стало можливим завдяки тому, що лазерне світло є когерентним – усе світло знаходиться в фазі та на одній довжині хвилі.

Однак такого керування променем не вдалося досягти для некогерентного світла, яке випромінюють повсякденні джерела, такі як світлодіоди та лампи розжарювання. «Наразі не існує «пристрою», який би міг випромінювати світло, як світлодіод, і водночас динамічно спрямовувати випромінювання в певному напрямку», — пояснює Бренер.

Квантові крапки

У своєму дослідженні команда Sandia усунула цей недолік, розробивши нову метаповерхню. Їхня конструкція включає вбудовану в квантову точку метаповерхню, розташовану на рефракційному дзеркалі Брегга. Це дзеркало, яке складається з кількох періодично розташованих шарів із змінними показниками заломлення. Дзеркало Брегга відбиває світло у вузькій смузі довжин хвиль, пропускаючи при цьому інше світло.

Кожна квантова точка випромінює некогерентне світло, і в своїх експериментах команда Бренера помітила, що метаповерхня викликала фазові зміни некогерентного світла від квантових точок. Ці зміни стримують світло від розповсюдження в широкому діапазоні кутів, а натомість змушують більшу частину світла поширюватися в одному напрямку.

Напрямок розповсюдження світла контролюється шляхом випромінювання двох різних лазерних імпульсів на метаповерхню. Один імпульс тимчасово змінює показник заломлення метаповерхні, тоді як інший імпульс змушує квантові точки випромінювати світло. Саме ця модифікація керує випромінюваним світлом.

«Ми змогли керувати некогерентним випромінюванням від квантових точок, вбудованих у метаповерхню, у діапазоні 70 градусів», — пояснює Бренер. Більше того, світло можна керувати на субпікосекундних шкалах часу.

Бренер зазначає, що на даний момент дизайн є здебільшого лише доказом концепції з великим простором для вдосконалення в майбутньому. «У остаточному пристрої цей шаблон потрібно було б переналаштувати електрично, щоб у підсумку ви мали комбінацію світлодіода та кількох інших контактів для перепрограмування кута випромінювання», — говорить він.

Потрібно більше розвитку

Команда визнає, що до комерціалізації їхньої технології, ймовірно, ще кілька років. Проте, виходячи з досягнутих ними результатів, вони сподіваються, що інші дослідники почнуть думати про широкий спектр технологій, які можуть виграти від контрольованого маніпулювання некогерентним світлом.

Мікрохвильова метаповерхня змінюється за допомогою крокових двигунів

«Можливо, цей тип пристрою міг би замінити керовані лазери», — говорить Бренер, додаючи, що його можна використовувати для зменшення споживання енергії в системах освітлення.

Інші можливі додатки включають невеликі дисплеї, які можуть проектувати голографічні зображення безпосередньо на око за допомогою малопотужних світлодіодів. Це було б особливо корисно для пристроїв віртуальної та доповненої реальності, що робить їх набагато простішими та дешевшими, ніж системи на основі лазера. В інших місцях метаповерхня може бути корисною для дистанційного зондування. Це включає в себе системи LIDAR, які використовуються безпілотними транспортними засобами для візуалізації їхнього оточення.

Дослідження описано в Природа Фотоніка.

• Розповсюдження контенту та PR на основі SEO. Отримайте посилення сьогодні.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Розширення знань. Доступ тут.
• Карбування майбутнього з Адріенн Ешлі. Доступ тут.
• джерело: https://physicsworld.com/a/reconfigurable-metasurface-steers-incoherent-light-in-less-than-a-picosecond/